(成都理工大學(xué) 成都 610059)

一、頁(yè)巖氣的基本概述

頁(yè)巖氣被發(fā)現(xiàn)的很早，但在20世紀(jì)70年代以后頁(yè)巖氣的概念才形成。1821年，美國(guó)以第一口頁(yè)巖氣商業(yè)性鉆井拉開(kāi)了美國(guó)天然氣工業(yè)發(fā)展的序幕(curtis,2002)。在我國(guó)，最初張愛(ài)云等(1987)指出中國(guó)南方早古生代一套黑色頁(yè)巖建造具有地質(zhì)找礦意義，同時(shí)含有極高的泥頁(yè)巖成藏意義(關(guān)德師等，1995；戴金星等，1996)。雖然研究者將注意力集中在了不同的方面，但是這些研究成果都為頁(yè)巖氣的研究奠定了基礎(chǔ)。

John B.Curtis(2002)對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行了如下描述：頁(yè)巖氣系統(tǒng)本質(zhì)上是連續(xù)類型的生物成因(或生物成因?yàn)橹?、熱液成因或生物-熱成因混合型天然氣聚集，它具有普遍的天然氣飽和度，并聚集機(jī)理復(fù)雜，巖石學(xué)特征多變性顯著，成藏過(guò)程具有相對(duì)較短的烴類運(yùn)移距離。

頁(yè)巖氣(shale gas)是指主題位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖、以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集(張金川等，2003、2004)。

A.Bustin(2005,2009)對(duì)頁(yè)巖氣的界定是，自生自儲(chǔ)于細(xì)粒儲(chǔ)層中的天然氣，其中部分天然氣以吸附狀態(tài)儲(chǔ)集。但頁(yè)巖氣(儲(chǔ)層)不只是“頁(yè)巖”。

2008年以來(lái)我國(guó)頁(yè)巖氣被多家單位以類比法和體積法的方法，進(jìn)行了初步的估測(cè)，由于選取的評(píng)價(jià)范圍和參數(shù)值不同，導(dǎo)致估測(cè)的結(jié)果存在較大的差異。2011年，國(guó)土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心預(yù)測(cè)，我國(guó)可采頁(yè)巖氣量31×1012m3，美國(guó)能源信息署以我國(guó)多個(gè)盆地為依據(jù)進(jìn)行探測(cè)，預(yù)測(cè)可采資源量為36×1012m3。估測(cè)結(jié)果很樂(lè)觀，但與近幾年的頁(yè)巖氣分布研究的結(jié)果有出入。例如四川盆地的部分頁(yè)巖埋藏較深，松遼、渤海灣盆地還處于生油高峰期等。

二、頁(yè)巖氣富集狀態(tài)

頁(yè)巖氣是天然氣在頁(yè)巖儲(chǔ)層中的富集，存在的狀態(tài)主要有三種方式：①在孔隙或裂隙中以游離態(tài)存在；②在干酪根有機(jī)質(zhì)、黏土礦物等的表面以吸附態(tài)存在；③在干酪根、瀝青質(zhì)、殘留水和液態(tài)烴中以溶解態(tài)存在。

頁(yè)巖氣的成藏和富集是個(gè)非常復(fù)雜的地質(zhì)過(guò)程，但在成藏富集模式上，將頁(yè)巖氣藏的形成和演化分為三個(gè)主要的階段：

⑴ 在頁(yè)巖中生成、吸附于溶解的天然氣，與煤層氣成藏的機(jī)理大致相似。在成巖作用早期，深度、壓力都較小，微生物大量存在而產(chǎn)生的天然氣首先吸附于有機(jī)質(zhì)及巖石顆粒表面，當(dāng)吸附量和溶解的逃逸氣量達(dá)到飽和時(shí)，天然氣開(kāi)始運(yùn)移逸散，以游離相或溶解相的形式。

⑵隨著溫度、壓力的增加加上流體的存在，熱化學(xué)能成為天然氣的主要生成作用，將有機(jī)干酪根轉(zhuǎn)化為天然氣，從較高密度到較低密度的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致氣體體積的增大。當(dāng)壓力升高時(shí)，頁(yè)巖內(nèi)部產(chǎn)生裂隙，天然氣在此聚集，就易形成以游離相為主的頁(yè)巖氣藏。

⑶當(dāng)更多的游離相天然氣形成時(shí)，頁(yè)巖內(nèi)部沒(méi)有辦法全部保存下來(lái)，至使產(chǎn)生天然氣“逃逸作用?！?/p>

三、頁(yè)巖氣保存條件

頁(yè)巖氣藏在保存條件方面與常規(guī)天然氣不盡相同，常規(guī)天然氣資源的保存條件主要取決于蓋層質(zhì)量與構(gòu)造條件，而頁(yè)巖氣藏集生儲(chǔ)蓋于一體，本身就是蓋層。本次主要從構(gòu)造作用、火山活動(dòng)、水文地質(zhì)條件和頁(yè)巖氣組分四個(gè)方面對(duì)頁(yè)巖氣保存條件進(jìn)行分析。

(一)構(gòu)造作用。頁(yè)巖氣藏保存條件受到多種多樣的地質(zhì)因素影響，主要包括構(gòu)造抬升剝蝕、火山活動(dòng)、縫隙與斷裂等。

1.構(gòu)造抬升剝蝕。地殼抬升剝蝕的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致含氣頁(yè)巖層段之上的上覆巖層和區(qū)域蓋層減薄或剝蝕，至使上覆的壓力減小，從而使殘余蓋層的孔隙度、滲透率提高，同時(shí)開(kāi)啟蓋層的脆性破裂或已形成的斷裂(含微斷裂)狀態(tài)，降低蓋層的封閉能力。如果抬升剝蝕的幅度較大，整個(gè)在含氣頁(yè)巖之上的蓋層將被完全剝蝕，至使失去含氣頁(yè)巖段的蓋層保護(hù)。在抬升剝蝕的同時(shí)，也可以發(fā)生頁(yè)巖層的深埋過(guò)淺，與地表大氣水連通或因?yàn)閿嗔训拇嬖谂c地表連通，造成頁(yè)巖含氣段壓力降低，游離氣散逸，進(jìn)一步導(dǎo)致吸附氣解吸，結(jié)果是總含氣量降低，同時(shí)甲烷被具有更強(qiáng)吸附力的氮?dú)?、二氧化碳置換，不利于頁(yè)巖氣藏的保存。

2.火山活動(dòng)。在頁(yè)巖氣成藏期內(nèi)或成藏期以后的火山活動(dòng)，對(duì)頁(yè)巖氣藏都有影響。富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖在形成后若經(jīng)歷大規(guī)模的巖漿入侵，巖層的空間展布會(huì)被巨大的上拱作用力破壞，影響頁(yè)巖氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。若巖漿經(jīng)過(guò)的斷層直接連通烴源巖與儲(chǔ)集層，必定會(huì)烘烤或破壞斷裂周圍的烴源巖和頁(yè)巖氣藏，造成頁(yè)巖氣藏的破壞。

3.裂縫與斷裂。在頁(yè)巖氣藏中，天然裂縫的存在是有利于頁(yè)巖氣的運(yùn)輸與聚集的，如果過(guò)于發(fā)育的裂縫，獨(dú)立封閉體系就易受到破壞，頁(yè)巖氣很容易通過(guò)裂縫散逸，所以裂縫特別發(fā)育的地區(qū)，難以形成頁(yè)巖氣藏或不能成藏。

斷層提供了向上的通道使頁(yè)巖氣散逸，并破壞了蓋層的封儲(chǔ)能力。無(wú)論是通天斷層，還是潛伏通天斷層，都可以使局部頁(yè)巖散失，破壞蓋層的有效性。

(二)蓋層與隔層封閉性。頁(yè)巖本身不但是儲(chǔ)層，而且還是蓋層，由于我國(guó)具有區(qū)域構(gòu)造較頻繁，且強(qiáng)度大的特點(diǎn)，蓋層的就顯得尤為重要。頁(yè)巖氣藏蓋層的巖性要求沒(méi)有常規(guī)氣藏的要求高，但是泥巖、白云巖、頁(yè)巖互層是對(duì)頁(yè)巖氣藏保存較好的巖性組合。

但對(duì)于構(gòu)造活動(dòng)頻繁，強(qiáng)度較大的區(qū)域來(lái)說(shuō)，不能忽視蓋層對(duì)頁(yè)巖氣藏的作用。有效保存頁(yè)巖氣需要良好的封蓋層。

(三)水文地質(zhì)條件。區(qū)域水動(dòng)力對(duì)頁(yè)巖氣保存起著至關(guān)重要的作用，當(dāng)水動(dòng)力較強(qiáng)時(shí)，頁(yè)巖氣會(huì)被推動(dòng)前進(jìn)，形成的頁(yè)巖氣藏易遭到破壞，當(dāng)該區(qū)域水動(dòng)力較弱使才能聚集成頁(yè)巖氣藏。

地層水化學(xué)性質(zhì)是反映地下水動(dòng)力的重要指標(biāo)，地層水礦化度對(duì)頁(yè)巖氣保存的影響表現(xiàn)為：礦化度越高，則地層封閉程度高，保存條件好；地層水水型對(duì)頁(yè)巖氣保存條件的影響表現(xiàn)為：大氣水含量越高，水型越差，保存條件差。

(四)頁(yè)巖氣組分。頁(yè)巖內(nèi)的吸附能力與頁(yè)巖氣的組分有關(guān)。傅國(guó)旗等(2000)、張淮浩等(2005)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)乙烷、丙烷等碳?xì)浠衔锬芙档臀轿镂郊淄榈哪芰Α?/p>

富氮?dú)怏w是指氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)大于20%的氣體，其中氮?dú)獯蟛糠謥?lái)自大氣，其體現(xiàn)了地表與地下的連通程度，是蓋層封閉性變差進(jìn)而導(dǎo)致大氣水下滲的重要證據(jù)。

四、結(jié)語(yǔ)

目前，頁(yè)巖氣已經(jīng)成為全球油氣工業(yè)中的新亮點(diǎn)，其勘探與開(kāi)發(fā)的成功是以豐富、全面的理論知識(shí)為基礎(chǔ)。本文簡(jiǎn)單的分析了頁(yè)巖氣的富集狀態(tài)及保存條件，但根據(jù)不同的區(qū)域，不同地質(zhì)條件，所遇到的情況又有所不同，這是就需要進(jìn)行針對(duì)性的研究。